Le matin du 4 juillet, 2019, une série de très petits tremblements de terre a commencé à gronder dans le désert de Mojave, non loin de la ville de Ridgecrest, dans le sud de la Californie.

Personne à l'époque ne savait qu'il s'agissait de pré-chocs qui seraient bientôt suivis de deux des plus gros tremblements de terre à frapper la Californie depuis plus de 20 ans. Un séisme de magnitude 6,4 a secoué la région le 4 juillet jetant des bouteilles des étagères des magasins, bris de vitres et de conduites d'eau, fissurer une autoroute et provoquer des évacuations.

Deux jours et des centaines de petits tremblements de terre plus tard, un séisme de magnitude 7,1 (près de 11 fois plus puissant) a frappé une faille différente dans la même zone, laissant derrière eux des incendies, fuites des conduites d'eau et de gaz, et des bâtiments et des routes fissurés et forçant l'évacuation d'une installation d'armes navale plus grande que Rhode Island.

Le US Geological Survey rapporte qu'environ la moitié des plus gros tremblements de terre jamais enregistrés en Californie ont été précédés par des pré-chocs. À l'échelle mondiale, il y a environ 6 % de chances qu'un tremblement de terre donné se transforme en un choc anticipé suivi d'un tremblement de terre plus important dans les trois jours, bien que cette probabilité diminue à mesure que le temps écoulé depuis l'événement initial augmente.

Mais les chocs avant ne sont reconnus qu'avec le recul. "Un pré-choc est simplement un tremblement de terre suivi d'un tremblement de terre plus important - le choc principal, " a expliqué Paul Segall, professeur de géophysique à la Stanford University's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth). D'habitude, pour qu'un séisme précédent soit considéré comme un pré-séisme, les sismologues recherchent également que l'épicentre se trouve dans la même zone générale que le choc principal, à une distance ne dépassant pas quelques fois la longueur de la section de faille qui s'est déplacée pendant le choc principal.

Parce que les premiers secousses précèdent les tremblements de terre plus importants, de plus en plus fréquents à mesure que le choc principal approche, ils ont longtemps présenté la perspective alléchante d'alerter sur des tremblements de terre potentiellement dommageables. "Si nous pouvions déterminer d'une manière ou d'une autre qu'un séisme donné était un pré-choc avant que le choc principal n'arrive, ça peut être très utile, " a déclaré Segall.

Les pré-chocs proviennent de failles grossières

Depuis des décennies, les scientifiques cherchent à comprendre les processus physiques à l'origine des pré-chocs, et pourquoi certaines séquences de tremblements de terre en ont tandis que d'autres n'en ont pas. Une théorie dominante propose que les pré-chocs résultent d'une accélération des mouvements de glissement le long d'une faille. Ce geste, connu sous le nom de glissement asismique, déclenche de petits tremblements de terre au fur et à mesure qu'il s'étend sur des zones de plus en plus grandes de la faille et accélère.

"L'idée alternative est celle d'une cascade de petits tremblements de terre sans glissement sismique, " dit Segall, qui est le professeur Cecil H. et Ida M. Green en géophysique. "Les tremblements de terre redistribuent le stress à l'intérieur de la Terre. Dans les zones où le stress augmente, cela peut déclencher d'autres tremblements de terre. Cette cascade croissante déclenche finalement un événement qui se transforme en choc principal."

Les recherches récentes de Segall et de la sismologue Camilla Cattania dans le Journal of Geophysical Research:Solid Earth suggère que les pré-chocs sont en fait motivés par la rétroaction entre les deux. "Nous avons constaté que les deux mécanismes - le glissement asismique et la redistribution des contraintes par de petits tremblements de terre - sont en jeu lors des séquences de pré-chocs, et ils se renforcent mutuellement. Une géométrie de faille complexe permet un glissement sismique et des pré-chocs simultanés, " dit Cattania, professeur adjoint au Département de la Terre du MIT, Sciences atmosphériques et planétaires qui a travaillé sur la recherche en tant que chercheur scientifique à Stanford.

Comme de nombreux systèmes naturels, les fautes sont fractales, ce qui signifie qu'ils sont irréguliers à toutes les échelles. "Quand les deux côtés d'une faille grossière glissent l'un sur l'autre, certaines parties des côtés de la faille sont pressées ensemble, formation de plaques collées, " a expliqué Cattania. " Les chocs antérieurs représentent la rupture de ces plaques collées. " Ces ruptures augmentent alors le stress dans les zones environnantes, "décrochant" progressivement la faille et provoquant une accélération du glissement sismique. "Dérapage sismique plus rapide, à son tour, stresse les plaques sismiques avoisinantes et déclenche plus de pré-chocs. Cette rétroaction positive provoque une expansion de la zone de glissement et des préchocs de plus en plus fréquents, menant au choc principal, " elle a dit.

Selon Cattania, cela signifie que la rugosité de la faille est donc la cause sous-jacente de la rétroaction entre les pré-chocs et le glissement sismique. Elle a dit, « Puisque toutes les fautes sont grossières, sismique et glissement asismique sont susceptibles de coexister pendant la plupart des séquences de pré-choc. Les mécanismes classiques proposés pour le pré-choc - soit provoqué par un glissement sismique soit par une cascade complètement sismique - capturent chacun une partie du processus, mais ils ne s'excluent pas mutuellement."

Simulation de séquences sismiques

Les preuves de l'idée de pré-chocs résultant d'une combinaison d'accélération du glissement sismique et de cascades de petits tremblements de terre proviennent de la modélisation informatique. Cattania et Segall ont mis en place des simulations numériques de cycles sismiques sur des failles rugueuses, avec une géométrie cohérente avec les données du terrain et du laboratoire.

Les simulations de l'équipe ont montré que les pré-chocs s'accélèrent jusqu'au choc principal, cohérent avec les modèles observés dans les moyennes des données des pré-chocs du monde réel, ce qui témoigne de la précision du modèle. À l'avenir, il est possible que les prédictions du modèle puissent être utilisées pour glaner de nouvelles informations sur les séquences de pré-chocs à partir des ensembles de données existants et découvrir des cas de glissement sismique précédemment manqués ou mal interprétés. "Nos résultats fournissent une interprétation physique des pré-chocs, " a déclaré Cattania. "Mais beaucoup de travail reste à faire avant que ces connaissances puissent être traduites en prévisions."